半導体装置及びマイクロフォン
【課題】半導体素子と回路素子を縦積みにした半導体装置において、半導体素子と回路素子を結ぶ接続用配線の寄生抵抗を小さくし、さらに接続用配線どうしの短絡が起きにくくする。
【解決手段】基板４５の上面にバンプ接合パッド６１を設け、回路素子４３のバンプ７０をバンプ接合パッド６１に接続する。バンプ接合パッド６１は、パターン配線６４によってカバー４４との対向面に設けられた基板側接合部６９に接続されている。カバー４４の下面にはマイクチップ４２が実装される。カバー４４の、基板４５と対向する面には第１の接合用パッド（ボンディング用パッド４８、カバー側接合部４９）が設けられ、マイクチップ４２はボンディングワイヤ５０によって第１の接合用パッドに接続される。カバー４４の第１の接合用パッドと基板４５の基板側接合部６９は導電性材料６５によって接合されており、その結果マイクチップ４２と回路素子４３が電気的に接続される。
【解決手段】基板４５の上面にバンプ接合パッド６１を設け、回路素子４３のバンプ７０をバンプ接合パッド６１に接続する。バンプ接合パッド６１は、パターン配線６４によってカバー４４との対向面に設けられた基板側接合部６９に接続されている。カバー４４の下面にはマイクチップ４２が実装される。カバー４４の、基板４５と対向する面には第１の接合用パッド（ボンディング用パッド４８、カバー側接合部４９）が設けられ、マイクチップ４２はボンディングワイヤ５０によって第１の接合用パッドに接続される。カバー４４の第１の接合用パッドと基板４５の基板側接合部６９は導電性材料６５によって接合されており、その結果マイクチップ４２と回路素子４３が電気的に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及びマイクロフォンに関し、具体的には、半導体素子をパッケージ内に納めた半導体装置に関するものである。また、マイクチップ（音響センサ）をパッケージ内に納めたマイクロフォンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、特に携帯用機器では機器の小型化が求められており、そのためには小さな回路基板に部品を高密度実装する必要がある。そして、部品の高密度実装を可能にするためには、部品の実装時占有面積（以下、実装面積という。）を小さくすることが要求される。しかし、ＭＥＭＳマイクロフォンの場合、マイクチップと回路素子がパッケージ内に実装されており、従来のマイクロフォンではマイクチップと回路素子はパッケージの基板あるいはカバーの同一面上に並べて設置されている。そのため、マイクロフォンの実装面積を小さくする上での制約があり、実装面積を小さくすることが困難であった。
【０００３】
たとえば、特許文献１に記載されたマイクロフォンでは、カバーの天面に回路素子とマイクチップを並べて実装し、カバー内面の側壁に配線パターンを設けている。そして、マイクチップと回路素子をボンディングワイヤでつなぎ、カバーの天面に位置する配線パターンの端部と回路素子とをボンディングワイヤでつなぎ、カバーを基板に重ね合わせることによって配線パターンの他端を基板に接続している。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたマイクロフォンでは、カバーの内面に回路素子とマイクチップを実装して回路素子とマイクチップをボンディングワイヤでつなぎ、回路素子とマイクチップをボンディングワイヤによってカバー内面の電極パッドに接続し、カバーの側壁部（サイド基板）の内部に設けたスルーホールとコイルスプリングを介してカバーの電極パッドを基板に接続している。
【０００５】
これら特許文献１又は２のような構造では、回路素子とマイクチップを並べて配置しているので、マイクロフォンの平面積が大きくなり、マイクロフォンを回路基板などに実装するときの実装面積が大きくなる。
【０００６】
また、従来のマイクロフォンとしては、パッケージを構成する基板とカバーのうち、基板の上面に回路素子を実装し、カバーの天面にマイクチップを実装したものもある。このような構造のマイクロフォンとしては、特許文献３に開示されたものや特許文献４に開示されたものがある。
【０００７】
特許文献３に記載されたマイクロフォンでは、基板の上面に回路素子とシールド用メタルを並べて配置し、シールド用メタルの直上に位置するようにしてカバーの天面にマイクチップを配置している。そのため、マイクロフォンを垂直上方から見たとき、マイクチップと回路素子は重なり合っていない。このように特許文献３のマイクロフォンでは、回路素子とマイクチップを上下に配置しているものの、実装面積を小さくすることを目的としておらず、また実装面積を小さくするような構造にはなっていない。
【０００８】
また、回路素子とマイクチップをパッケージの内部で接続する必要があるが、回路素子を基板に実装し、マイクチップをカバーに実装した場合には、その接続方法が問題となる。たとえば、基板に実装された回路素子とカバーに実装されたマイクチップとをボンディングワイヤでつないだ後、基板にカバーを重ね合わせたのでは、ボンディングワイヤの弛みによって回路が短絡するおそれがある。しかし、特許文献３には、回路素子とマイクチップを接続するための配線方法については開示されていない。
【０００９】
特許文献４に記載されたマイクロフォン１１を図１に示す。このマイクロフォン１１では、基板１２の上面にパッド１３を設け、回路素子１４の下面に設けたバンプ１５をパッド１３に接合して回路素子１４を基板１２に実装している。カバー１６の下面にはパッド１７を設け、マイクチップ１８の上面に設けたバンプ１９をパッド１７に接合してマイクチップ１８をカバー１６に実装している。さらに、基板１２のパッド１３とカバー１６のパッド１７とは、基板１２、側壁２０及びカバー１６の内面に設けた各接続用配線２１、２２及び２３によって電気的に接続されている。
【００１０】
このような構造によれば、マイクチップ１８と回路素子１４を上下に配置してマイクロフォン１１の平面積を小さくできる可能性がある。その一方、回路素子１４とマイクチップ１８を、基板１２、側壁２０及びカバー１６を通って配線された接続用配線２１−２３で接続しているので配線長が長くなる。そのため、接続用配線２１−２３と基板１２、側壁２０及びカバー１６との間での寄生容量が大きくなり、マイクロフォン１１の感度低下を引き起こす問題がある。
【００１１】
特許文献５に記載されたマイクロフォン３１を図２に示す。このマイクロフォン３１では、基板３２の上面に回路素子３３を実装し、天板３４の下面にマイクチップ３５を実装している。そして、基板３２と天板３４の間に立てた結合部材３６によって基板３２の配線と天板３４の配線を接続し、基板３２及び天板３４の各配線と結合部材３６によって回路素子３３とマイクチップ３５を接続している。さらに、回路素子３３やマイクチップ３５、結合部材３６、天板３４などは基板３２の上に被せたカバー３７で覆われる。
【００１２】
このマイクロフォン３１によっても、マイクロフォン３１の小型化が可能になる。しかし、このような構造では、天板３４や結合部材３６などの余分な部材が必要になり、マイクロフォン３１のコストが高くつく。また、基板３２やカバー３７との間の寄生容量だけでなく、天板３４や結合部材３６との間の寄生容量も加わるので、マイクロフォン３１の感度低下が引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２８３９８８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／００５８８２６号明細書
【特許文献３】米国特許第７１６６９１０号明細書（図９、図１０）
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１１／００７５８７５号明細書（図４）
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／０２９０６４４号明細書（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、マイクチップその他の半導体素子と回路素子を縦積みにした半導体装置において、半導体素子と回路素子を結ぶ接続用配線における寄生抵抗を小さくでき、さらに接続用配線どうしの短絡が発生しにくい半導体装置及びマイクロフォンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、第１の部材及び第２の部材からなり、内部に空間を形成されたパッケージと、前記パッケージ内に納められたセンサと回路素子を備えた半導体装置であって、前記第１の部材の、前記第２の部材との接合部分に第１の接合用パッドを設け、前記第２の部材に、バンプを接続させるためのバンプ接合パッドを設けるとともに、前記第２の部材の、前記第１の部材との接合部分に前記バンプ接合パッドと導通した第２の接合用パッドを設け、前記センサと前記回路素子のうちいずれか一方の素子を前記第１の部材に実装し、当該一方の素子と前記第１の接合用パッドとをワイヤ配線によって接続し、前記センサと前記回路素子のうちいずれか他方の素子にバンプを設け、当該バンプを前記バンプ接合パッドに接続して当該他方の素子を前記第２の部材に実装し、前記センサと前記回路素子とを、前記パッケージの底面に垂直な方向から見たとき少なくとも一部が重なり合うように配置し、前記第１の部材と前記第２の部材を接合してパッケージを形成するとともに、前記第１の接合用パッドと前記第２の接合用パッドを導電性材料で接合させたものである。
【００１６】
この半導体装置は、前記センサとしてマイクチップを用い、前記第１の部材と第２の部材のうちいずれか一方の部材に音響孔を開口した場合には、音響振動を感知するマイクロフォンとなる。また、前記バンプとしては、半田バンプ、Ａｕバンプ、その他の導電性材料からなるバンプ又は異方性導電性材料からなるバンプなどを用いることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、センサと回路素子をパッケージ内に納め、パッケージの底面に垂直な方向から見たとき少なくとも一部が重なり合うようにセンサと回路素子を上下に配置しているので、半導体装置のパッケージの平面積を小さくでき、半導体装置の実装面積を小さくできる。さらに、本発明の半導体装置では、第２の部材でワイヤ配線を用いていないので、半導体装置の低背化を測ることができる。
【００１８】
また、本発明の半導体装置では、センサと回路素子のうち一方の素子を第１の部材に実装してワイヤ配線したものと、他方の素子を第２の部材にバンプ接続して第２の部材に実装したものとを導電性材料で接合させることにより、センサと回路素子を接続できるので、簡単な配線構造と簡単な組立方法によってセンサと回路素子を接続できる。
【００１９】
また、一方の素子をワイヤ配線し、他方の素子をバンプ接続しているので、ワイヤ配線どうしの接触が起こりにくく、半導体装置の歩留まりが向上する。しかも、一方の素子は第１の部材とワイヤ配線で接続されているので、センサと回路素子の間の配線長を短くでき、その配線部分とパッケージとの間の寄生容量を小さくできる。このように本発明の半導体装置によれば、ワイヤ配線とバンプ接続を併用することでパッケージによる寄生容量の抑制と配線部分の短絡防止とをバランスよく行える。
【００２０】
本発明にかかる半導体装置のある実施態様では、前記一方の素子が前記センサであり、前記他方の素子が前記回路素子である。かかる実施態様では、回路素子がバンプによって第２の部材に接続されており、回路素子は第２の部材にフリップ実装される。よって、回路素子は回路形成面（バンプを設けられた面）が第２の部材に向き合うようにフェースダウンで実装され、パッケージ内に入射した光が回路素子の回路面に照射しにくくなる。その結果、回路素子ないし半導体装置の光ノイズ耐性が向上する。さらに、光ノイズに対する対策のために回路素子を遮光樹脂で覆う必要がないので、半導体装置の低背化を図ることができるとともに、コストを低減することができる。
【００２１】
本発明に係る半導体装置の別な実施態様は、前記第２の部材において、前記第２の接合用パッドを前記他方の素子から見て一方向に配置し、前記他方の素子を前記第２の部材の中心よりも前記第２の接合用パッドに近い位置に配置したことを特徴としている。かかる実施態様によれば、バンプ接合パッドと第２の接合用パッドとの距離を短くできるので、パッケージとの間の寄生容量を小さくでき、センサ感度を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記第１の部材は複数の前記第１の接合用パッドを有し、前記一方の素子と前記第１の接合用パッドとが複数本のワイヤ配線によって接続され、前記他方の素子の幅が前記ワイヤ配線間の間隔よりも短くて、前記他方の素子が前記ワイヤ配線間の隙間に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、バンプ接合パッドと第２の接合用パッドとの距離をぎりぎりまで短くできるので、パッケージとの間の寄生容量を小さくでき、センサ感度を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記バンプ接合パッドと前記第２の接合用パッドとは、前記第２の部材に設けた導体配線によって接続されている。かかる実施態様によれば、第２の部材の配線がワイヤ配線のようにパッケージ内の空間へ張り出すことがなく、第１の部材のワイヤ配線と接触するおそれがない。
【００２４】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記第１の部材の、前記第２の部材と向き合う部分に設けたボンディング用パッドと当該ボンディング用パッドと導通した接合部とによって第１の接合用パッドを構成し、前記ワイヤ配線を前記ボンディング用パッドに接続するとともに前記接合部を前記導電性材料によって前記第２の接合用パッドに接合させたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、第１の接合用パッドをワイヤ配線接続のための領域（ボンディング用パッド）と第２の接合用パッドに接合するための領域（接合部）とに区分でき、半導体装置の組立が容易になる。特に、前記ボンディング用パッドと前記接合部とを連続した金属膜によって形成し、前記金属膜の表面を部分的に絶縁膜で覆うことによって前記ボンディング用パッドと前記第１接合部に区分すれば、接合部を接合させるための導電性材料がボンディング用パッドへ広がりにくくなる。
【００２５】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記センサが、前記回路素子の垂直上方又は垂直下方に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、半導体装置の実装面積を非常に小さくできる。
【００２６】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記第１の部材がパッケージのカバーで、前記第２の部材がパッケージの基板であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、基板側でバンプ接続し、カバー側でワイヤ配線により接続することになるので、半導体装置の構造を簡略にできる。
【００２７】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】特許文献４に記載されたマイクロフォンの断面図である。
【図２】特許文献５に記載されたマイクロフォンの断面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の実施形態１における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態１におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施形態１における基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態１におけるカバーの下面図である。
【図５】（Ａ）は、ソルダーレジストを除去した本発明の実施形態１の基板の平面図である。（Ｂ）は、ソルダーレジストを除去した本発明の実施形態１のカバーの下面図である。
【図６】本発明の実施形態１のマイクロフォンの断面図であって、図３のＸ１−Ｘ１線に相当する箇所における断面を表している。
【図７】（Ａ）は、本発明の実施形態２における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態２におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図８】本発明の実施形態２によるマイクロフォンの断面図であって、図７のＸ２−Ｘ２線に相当する箇所における断面を表している。
【図９】（Ａ）は、本発明の実施形態２の変形例における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態２の変形例におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図１０】本発明の実施形態２の変形例によるマイクロフォンの断面図であって、図９のＸ３−Ｘ３線に相当する箇所における断面を表している。
【図１１】（Ａ）は、本発明の実施形態３における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、実施形態３におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図１２】実施形態３のマイクロフォンの断面図であって、図１１のＸ４−Ｘ４線に相当する箇所における断面を表している。
【図１３】（Ａ）は、本発明の実施形態４における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、実施形態４におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図１４】実施形態４のマイクロフォンの断面図であって、図１３のＸ５−Ｘ５線に相当する箇所における断面を表している。
【図１５】本発明の実施形態５によるマイクロフォンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３０】
（実施形態１）
図３−図６を参照して本発明の実施形態１によるトップポート型のマイクロフォン４１を説明する。マイクロフォン４１は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳマイクロフォンであって、カバー４４（第１の部材）と基板４５（第２の部材）からなるパッケージ内にマイクチップ４２（センサ）と回路素子４３を納めたものである。また、実施形態１のマイクロフォン４１は、カバー４４に音響孔５３を開口されていてトップポート型となっている。図３（Ａ）は回路素子４３を実装した基板４５の平面図であり、図３（Ｂ）はマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。図４（Ａ）は回路素子４３を実装する前の基板４５の平面図であり、図４（Ｂ）はマイクチップ４２を実装する前のカバー４４の下面図である。図５（Ａ）はソルダーレジスト７２を除去した基板４５の平面図であり、図５（Ｂ）はソルダーレジスト５２を除去したカバー４４の下面図である。また、図６は、図３のＸ１−Ｘ１線に相当する箇所におけるマイクロフォン４１の断面図である。
【００３１】
図６に示すように、カバー４４は、内部に１層の金属箔（導電層４７）を有し、下面に１層の金属箔（ボンディング用パッド４８、カバー側接合部４９（接合部）、グランド接合部５１となる層）を有する多層配線基板、銅貼り積層板、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、プラスチック基板、金属基板、カーボンナノチューブの基板、あるいはこれらの複合基板からなる。あるいは、表面に金属箔を貼られた２枚のガラスエポキシ基板や銅張り積層板などを重ね合わせて一体化したものでもよい。カバー４４の金属箔以外の部分は、絶縁性材料５７となっている。また、セラミックやプラスチックによってカバー４４を形成し、その内部に１層の金属板（導電層４７）を埋め込み、表面に１層の金属板（ボンディング用パッド４８、カバー側接合部４９、グランド接合部５１となる層）を貼り付けてもよい。
【００３２】
カバー４４の下面中央部には、マイクチップ４２を納めるための箱状をした凹部４６を備えている。凹部４６の天面には、一番上に位置する金属箔すなわち導電層４７が露出しており、導電層４７の外周部はカバー４４内に水平に挟み込まれている。カバー４４の下面に位置する金属箔は、図５（Ｂ）に示すように、第１の接合用パッドとそれ以外の部分に分離されている。第１の接合用パッドはボンディング用パッド４８とカバー側接合部４９からなり、第１の接合用パッド以外の部分はグランド接合部５１となっている。凹部４６の内周壁面には、図６に示すように、導電層４７及びグランド接合部５１に導通するようにして導電層５６が形成されており、導電層４７、５６及びグランド接合部５１によって電磁シールド部（接地部）が構成されている。
【００３３】
図４（Ｂ）に示すように、凹部４６の外周部すなわちカバー４４の下面はソルダーレジスト５２によって覆われており、カバー４４の下面にはソルダーレジスト５２から露出するようにしてボンディング用パッド４８とカバー側接合部４９が別個に配置されている。また、グランド接合部５１の外周部もソルダーレジスト５２から露出している。
【００３４】
グランド接合部５１、ボンディング用パッド４８及びカバー側接合部４９は１層の金属箔であるが、図５（Ｂ）に示すように、ボンディング用パッド４８及びカバー側接合部４９の周囲はグランド接合部５１から分離されており、各ボンディング用パッド４８及びカバー側接合部４９はグランド接合部５１と電気的に絶縁されている。一方、第１の接合用パッドであるボンディング用パッド４８とカバー側接合部４９は、ソルダーレジスト５２の下で互いにつながっていて電気的に導通している。なお、図５（Ｂ）においてハッチングを施した箇所は、金属膜が除去されていてカバー４４の絶縁性材料５７が露出している部分である。
【００３５】
マイクチップ４２はＭＥＭＳ素子（音響センサ）であり、例えばＳｉ基板の開口部に音響振動感知用の薄膜のダイアフラムを設け、ダイアフラムに対向させて天蓋状をしたバックプレートをＳｉ基板に固定したものである。そして、バックプレートに設けた固定電極膜とダイアフラム（いずれもポリシリコンからなる。）によって検知信号出力用のキャパシタが構成され、バックプレートには固定電極膜とダイアフラムの間のエアギャップに音響振動を導くための多数のアコースティックホールが開口されている。
【００３６】
図６に示すように、マイクチップ４２は、凹部４６内に納められ、接着剤によってその裏面を凹部４６の天面（導電層４７）に固定されている。また、マイクチップ４２は、カバー４４にあけられた音響孔５３に合わせて設置され、音響孔５３を覆っている。よって、マイクチップ４２は、Ｓｉ基板の開口部と音響孔５３がフロントチャンバとなり、パッケージ内の空間がバックチャンバとなるので、広いバックチャンバ容積を持つことができ、マイクチップ４２を高感度化させることができる。図３（Ｂ）及び図６に示すように、マイクチップ４２の表面に設けた端子５４は、ボンディングワイヤ５０（ワイヤ配線）によってボンディング用パッド４８に接続されている。
【００３７】
図６に示すように、基板４５は多層配線基板、銅貼り積層板、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、プラスチック基板、金属基板、カーボンナノチューブの基板、あるいはこれらの複合基板からなる。図５（Ａ）に示すように、基板４５のほぼ全体に電磁シールド用の導電層６７が形成されている。
【００３８】
図４（Ａ）に示すように、基板４５の上面のうち回路素子実装領域と外周部を除く領域はソルダーレジスト７２によって覆われており、基板４５の上面にはソルダーレジスト７２から露出するようにしてバンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２、６３、基板側接合部６９（第２の接合用パッド）がそれぞれ複数個設けられている。また、ソルダーレジスト７２から露出している導電層６７の外周部は、グランド接合部７１となっている。ここで、バンプ接合パッド６１とバンプ用パッド６２、６３は回路素子４３をバンプ接合するためのパッドである。さらに、バンプ接合パッド６１は回路素子４３をマイクチップ４２に接続するためのパッドであり、バンプ用パッド６２は回路素子４３を下面の信号入出力端子７７に接続するためのパッドであり、バンプ用パッド６３はグランド接続用のパッドである。
【００３９】
導電層６７、バンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２、６３及び基板側接合部６９は金属膜である。図５（Ａ）に示すように、バンプ接合パッド６１と基板側接合部６９は、ソルダーレジスト７２の下でパターン配線６４（導体配線）によってつながれていて電気的に導通している。バンプ接合パッド６１、パターン配線６４及び基板側接合部６９の周囲と、バンプ用パッド６２の周囲はそれぞれ導電層６７から分離されており、バンプ接合パッド６１、パターン配線６４、基板側接合部６９及びバンプ用パッド６２はそれぞれ導電層６７と電気的に絶縁されている。また、バンプ用パッド６３は導電層６７の一部であって、導電層６７（グランド接合部７１）に導通している。なお、図５（Ａ）においてハッチングを施した箇所は、金属膜が除去されていて基板４５の絶縁性材料５８が露出している部分である。
【００４０】
回路素子４３は、ＡＳＩＣやＩＣチップ等の素子である。回路素子４３は、その上面に電気回路（図示せず）とバンプ７０を形成されている。バンプ７０は、半田バンプ、Ａｕバンプ、その他の導電性材料からなるバンプ、異方性導電材料（たとえばＡＧＦ、導電性テープなど）からなるバンプで構成される。回路素子４３は、図３（Ａ）及び図６に示すように、その上面を下に向けた状態（フェースダウン）で基板４５の上に置かれ、各バンプ７０を基板４５のバンプ接合パッド６１及びバンプ用パッド６２、６３にバンプ接続することによりフリップチップ実装される。
【００４１】
基板４５の下面にはグランド端子７５が設けられており、グランド端子７５はバイアホール７６を通じて導電層６７につながっている。したがって、バンプ用パッド６３に接続された回路素子４３のバンプ７０は、バイアホール７６を通じてグランド端子７５に導通している。また、基板４５の下面には信号入出力用の信号入出力端子７７が設けられており、信号入出力端子７７はバイアホール７８を通じてバンプ用パッド６２につながっている。したがって、バンプ用パッド６２に接続された回路素子４３のバンプ７０は、バイアホール７８を通じて信号入出力端子７７に導通している。また、バンプ接合パッド６１に接続された回路素子４３のバンプ７０は、パターン配線６４を通じて基板側接合部６９に導通している。
【００４２】
カバー４４は、図６に示すように、凹部４６を下方に向けた状態で基板４５の上面に重ねられ、導電性材料６５によって対向するカバー側接合部４９と基板側接合部６９が接合される。導電性材料６５としては、導電性接着剤やハンダ、導電性両面粘着テープ、溶接用のろう材のいずれか一つを用いてもよく、あるいはこれらのうちの複数の材料を併用してもよい。また、グランド接合部５１の外周領域と基板４５の上面外周部に設けたグランド接合部７１とは、導電性材料６６によって全周にわたって接合される。導電性材料６６としては、導電性接着剤やハンダ、導電性両面粘着テープ、溶接用のろう材のいずれか一つを用いてもよく、あるいはこれらのうちの複数の材料を併用してもよい。カバー４４と基板４５を貼り合わせるために、さらに非導電性樹脂や非導電テープを併用してもよい。
【００４３】
この結果、マイクチップ４２及び回路素子４３は、カバー４４及び基板４５からなるパッケージ内に気密的に密封される。また、カバー４４の導電層４７、５６及びグランド接合部５１は、グランド接合部５１とグランド接合部７１を導電性材料６６で接合させることによって基板４５の導電層６７と電気的に導通するので、グランド端子７５を回路基板などのアースラインに接続することによって導電層４７、５６、６７及びグランド接合部５１がグランド電位に保持され、マイクロフォン４１が外部の電磁ノイズから遮蔽される。
【００４４】
カバー側接合部４９と基板側接合部６９は、導電性材料６５を介して接合されているので、マイクチップ４２は、ボンディングワイヤ５０→ボンディング用パッド４８→カバー側接合部４９→導電性材料６５→基板側接合部６９→パターン配線６４→バンプ接合パッド６１という経路を経て、回路素子４３に接続される。
【００４５】
このような構造のマイクロフォン４１では、カバー４４にマイクチップ４２を実装し、基板４５に回路素子４３を実装し、回路素子４３の直上に重ね合わせるようにしてマイクチップ４２を配置しているので、パッケージも底面積の小さなものを用いることが可能になる。その結果、実装面積のきわめて小さなマイクロフォン４１を作製することができる。
【００４６】
このマイクロフォン４１では、カバー４４の下面に設けたボンディング用パッド４８にマイクチップ４２からのボンディングワイヤ５０を接続しておき、基板４５の上面に回路素子４３をバンプ接続しておき、カバー４４を基板４５に接合させる際にカバー側接合部４９と基板側接合部６９を導電性材料６５で接合させることにより、マイクチップ４２と回路素子４３を電気的に接続している。また、このマイクロフォン４１によれば、ボンディング用パッド４８が上になるようにカバー４４をひっくり返せば、ボンディング用パッド４８がカバー４４の表面に位置するので、ワイヤーボンダーを用いて容易にボンディング用パッド４８やマイクチップ４２の端子５４にボンディングワイヤ５０を接続することができる。同様に、回路素子４３も容易にバンプ接合パッド６１やバンプ用パッド６２、６３にバンプ接続することができる。したがって、マイクロフォン４１にあっては、簡単な配線構造と簡単な組立方法によってカバー４４上のマイクチップ４２と基板４５上の回路素子４３を電気的に接続させることができる。
【００４７】
本発明の出願人は、マイクチップと回路素子をカバーと基板に実装してマイクチップと回路素子を上下に配置し、それによってマイクロフォンの実装面積を小さくしたものを特願２０１０−１２５５２７として先に特許出願している。この先の特許出願のマイクロフォンでは、マイクチップとカバーをボンディングワイヤで接続し、また回路素子と基板をボンディングワイヤで接続し、カバーと基板の接続部分において２本のボンディングワイヤを直列につないでマイクチップの端子と回路素子の端子とを接続している。このような構造によれば、マイクチップと回路素子を結ぶ配線長を短くできるので、カバーや基板による寄生容量を最小限に抑えることができる。しかし、その一方で、用いるボンディングワイヤの本数が多くなるので、ボンディングワイヤどうしが干渉しやすくなる。その結果、隣接する端子のボンディングワイヤどうしが接触して短絡事故が発生するおそれがある。また、マイクチップ側のボンディングワイヤと回路素子側のボンディングワイヤが接触すると、マイクチップと回路素子の間の配線部分のインピーダンスが低下するおそれがある。
【００４８】
これに対し、本発明の実施形態１のマイクロフォン４１では、マイクチップ４２とカバー４４はボンディングワイヤ５０で接続しているが、回路素子４３と基板４５はバンプ接続しているので、マイクチップ４２側のボンディングワイヤ５０どうしが接触して短絡事故を起こしにくくなる。また、マイクチップ４２側の配線（ボンディングワイヤ５０）と回路素子４３側の配線（バンプ接合パッド６１やパターン配線６４、基板側接合部６９など）とが接触する恐れもなくなる。その結果、マイクロフォン４１の歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
また、マイクチップ４２とカバー４４の間はボンディングワイヤ５０で接続していて、マイクチップ４２と回路素子４３の間の配線長を短くできるので、その配線部分とパッケージとの間の寄生容量を小さくでき、マイクロフォン４１の感度低下を抑えることができる。
【００５０】
さらに、本発明の実施形態１のマイクロフォン４１では、回路素子４３は回路を形成された面を基板４５に対向させてフリップチップ実装しているので、音響孔５３からパッケージ内に入射した光がマイクチップ４２を透過しても回路素子４３の回路に照射するおそれがない。そのため、マイクロフォン４１の光ノイズ耐性が向上する。
【００５１】
本発明の実施形態１のマイクロフォン４１では、マイクチップ４２とカバー４４をボンディングワイヤ５０で接続し、回路素子４３と基板４５をバンプ接続していて短絡が起こりにくいので、マイクロフォン４１の低背化を測ることができる。また、回路素子４３の回路面に光が照射されにくい構造となっているので、光ノイズに対する対策のために回路素子４３を黒色樹脂などの遮光樹脂で覆う必要がない。そのため、さらにマイクロフォン４１の低背化を図ることができるとともに、コストを低減するうえでも有利になる。
【００５２】
（実施形態２）
図７及び図８は、本発明の実施形態２によるトップポート型のマイクロフォン８１を説明する図である。図８は、本発明の実施形態２によるマイクロフォン８１の断面図であって、図７のＸ２−Ｘ２線に相当する箇所における断面を表している。図７（Ａ）は、マイクロフォン８１における回路素子４３を実装した基板４５の平面図である。図７（Ｂ）は、マイクロフォン８１におけるマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。
【００５３】
実施形態１のマイクロフォン４１では、回路素子４３は凹部４６内の中央に配置されていた。これに対し、実施形態２のマイクロフォン８１では、基板側接合部６９が基板４５の一方の縁に沿って配列されており、回路素子４３は、ボンディングワイヤ５０と干渉しない限度で、凹部４６の中央よりも基板側接合部６９に近い位置に配置されている。
【００５４】
このような配置によれば、基板４５のバンプ接合パッド６１を基板側接合部６９に近づけてパターン配線６４の長さを短くできる。その結果、マイクチップ４２と回路素子４３を結ぶ配線の長さをさらに短くできるので、実施形態１のマイクロフォン４１の作用効果に加え、カバー４４や基板４５による寄生容量をさらに低減させてマイクロフォン８１の感度を向上させることができるという利点がある。
【００５５】
（実施形態２の変形例）
図９及び図１０は、本発明の実施形態２の変形例によるトップポート型のマイクロフォン８２を説明する図である。図１０は、本発明の実施形態２の変形例によるマイクロフォン８２の断面図であって、図９のＸ３−Ｘ３線に相当する箇所における断面を表している。図９（Ａ）は、マイクロフォン８２における回路素子４３を実装した基板４５の平面図である。図９（Ｂ）は、マイクロフォン８２におけるマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。
【００５６】
このマイクロフォン８２では、図９（Ｂ）に示すように、回路素子４３の長さＬが端子５４間の距離及びボンディング用パッド４８間の距離よりも短くなっている。この場合には、図１０及び図９（Ｂ）に示すように、ボンディングワイヤ５０と干渉しないようにして回路素子４３をボンディングワイヤ５０間に配置することができるので、回路素子４３をさらに基板側接合部６９に近づけて配置することが可能になる。その結果、マイクチップ４２と回路素子４３を結ぶ配線の長さをさらに短くでき、カバー４４や基板４５による寄生容量をさらに低減させてマイクロフォン８２の感度をより一層向上させることができる。
【００５７】
（実施形態３）
つぎに、本発明の実施形態３によるトップポート型のマイクロフォン８３を説明する。図１１（Ａ）は回路素子４３を実装した基板４５の平面図であり、図１１（Ｂ）はマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。図１２は、図１１のＸ４−Ｘ４線に相当する箇所におけるマイクロフォン８３の断面図である。
【００５８】
実施形態３のマイクロフォン８３は、凹部８４を有する基板４５を用いている。マイクチップ４２を実装したカバー４４は、図１１（Ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同じ構造を有している。
【００５９】
基板４５については、図１１（Ａ）に示すように、凹部８４の底面に導電層８５が設けられており、凹部８４の内壁面全周には導電層８６が設けられている。凹部８４の底面の導電層８５は内壁面の導電層８６を通じて上面の導電層６７（グランド接合部７１）と導通しており、これら導電層８５、８６、６７によって電磁シールド部が構成されている。そして、図１１（Ａ）に示すように、基板４５の上面をソルダーレジスト７２で額縁状に覆い、導電層６７の外周部をソルダーレジスト７２から露出させてグランド接合部７１を形成するとともに、凹部８４内に回路素子４３を実装するための領域を形成している。
【００６０】
凹部８４の底面では、導電層８５と絶縁され、かつ、互いに絶縁されたバンプ接合パッド６１及びバンプ用パッド６２が設けられている。また、凹部８４の底面には導電層８５と導通したバンプ用パッド６３が設けられている（実施形態１の図５（Ａ）を参照）。基板４５の上面（凹部８４の外側の領域の上面）には金属膜が設けられており、この金属膜を部分的に除去することにより、互いに絶縁された状態で基板側接合部６９と導電層６７が形成されている。基板側接合部６９はソルダーレジスト７２から露出している。凹部８４の底面から内壁面を通って基板４５の上面までパターン配線６４が形成されており、当該パターン配線６４は導電層８５、８６、６７とは絶縁されている。バンプ接合パッド６１と基板側接合部６９とは、パターン配線６４を通じて接続されている。また、バンプ用パッド６２は基板下面の信号入出力端子７７と導通している。
【００６１】
カバー４４と基板４５を重ね合わせたマイクロフォン８３では、図１２に示すように、基板４５の上面で導電性材料６６によってグランド接合部５１とグランド接合部７１が接合される。また、基板４５の上面で導電性材料６６によってカバー側接合部４９と基板側接合部６９が接合され、ボンディングワイヤ５０とパターン配線６４を介してマイクチップ４２と回路素子４３が接続される。
【００６２】
このようなマイクロフォン８３も、実施形態１の場合と同様に、(1）実装面積を小さくできる、(2)組立を簡単に行える、(3)ワイヤ配線とバンプ接続を併用することでパッケージによる寄生容量の抑制と配線部分の短絡防止とをバランスよく行える、(4)回路素子をフリップチップ実装することで光ノイズ耐性が向上する、(5)回路素子を覆う遮光樹脂が不要になりマイクロフォンの低背化とコスト削減を図れる、といった利点がある。
【００６３】
（実施形態４）
つぎに、本発明の実施形態４によるマイクロフォン８７を説明する。図１３（Ａ）は回路素子４３を実装した基板４５の平面図であり、図１３（Ｂ）はマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。図１４は、図１３のＸ５−Ｘ５線に相当する箇所におけるマイクロフォン８７の断面図である。
【００６４】
このマイクロフォン８７では、図１３（Ｂ）に示すように、カバー４４に実装されたマイクチップ４２の端子５４にボンディングワイヤ５０の一端を接続し、ボンディングワイヤ５０の他端をカバー４４のボンディング用パッド４８に接続している。また、回路素子４３のバンプ７０をバンプ接合パッド６１やバンプ用パッド６２、６３に接続し、パターン配線６４によってバンプ接合パッド６１を基板側接合部６９に導通させている。そして、図１４に示すように、カバー４４のボンディング用パッド４８と基板４５の基板側接合部６９を導電性材料６５によって接合し、それによってマイクチップ４２と回路素子４３を接続している。実施形態４では、カバー４４にカバー側接合部４９は設けられておらず、ボンディング用パッド４８のみによって第１の接合用パッドが構成されている。
【００６５】
（実施形態５）
図１５に示すものは実施形態５によるマイクロフォン８８である。このマイクロフォン８８は、カバー４４（第２の部材）の下面に回路素子４３を実装し、基板４５（第１の部材）の上面にマイクチップ４２を実装したものである。図２２では、音響孔５３を基板４５に設けてボトムポート型となっているが、音響孔５３をカバー４４に設けてトップポート型としていてもよい。
【００６６】
マイクロフォン８８では、基板４５に基板側接合部６９と導通したボンディング用パッド４８を設けてあり、基板側接合部６９とボンディング用パッド４８によって第１の接合用パッドが構成されている。マイクチップ４２に接続したボンディングワイヤ５０の他端は、ボンディング用パッド４８に接続されている。
【００６７】
また、カバー４４の凹部４６内にバンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２及びバンプ用パッド６３を設け、回路素子４３のバンプ７０をそれぞれ一対のバンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２及び６３に接続している。バンプ接合パッド６１は、パターン配線６４を通じてカバー側接合部４９（第２の接合用パッド）に導通している。よって、カバー側接合部４９と基板側接合部６９を導電性材料６５により接合させることによりマイクチップ４２と回路素子４３が接続される。バンプ用パッド６３は、導電層４７の一部であって、グランドに接続される。バンプ用パッド６２は、図１５には表れていないが、カバー４４と回路素子４３に設けられたパターン配線やバイアホールなどによって基板４５の下面の信号入出力端子７７に接続されている。
【００６８】
（その他）
本発明は、上記実施形態以外にも、特願２０１０−１２５５２７に記載された種々の実施形態に適用することができる。すなわち、特願２０１０−１２５５２７に記載されたマイクロフォンの各実施形態では、回路素子とマイクチップのいずれもがボンディングワイヤにより接続されていたが、いずれの実施形態においても回路素子をバンプ接続するようにしてもよい。たとえば、上記トップポート型のマイクロフォンでは、マイクチップ４２の位置でカバー４４に音響孔５３が開口されていたが、マイクチップ４２から外れた位置でカバー４４に音響孔５３を設けていてもよい（たとえば、特願２０１０−１２５５２７の図９−１１に記載されたマイクロフォン）。また、基板４５にマイクチップ４２を実装し、カバー４４に音響孔５３を開口したトップポート型のマイクロフォンでもよい。
【００６９】
また、上記ボトムポート型のマイクロフォンでは、マイクチップ４２の位置で基板４５に音響孔５３が開口されていたが、マイクチップ４２から外れた位置で基板４５に音響孔５３を設けていてもよい（たとえば、特願２０１０−１２５５２７の図３又は図６に記載されたマイクロフォン）。また、カバー４４にマイクチップ４２を実装し、基板４５に音響孔５３を開口したボトムポート型のマイクロフォンでもよい。
【００７０】
また、マイクチップ４２や回路素子４３から外れた位置に音響孔５３を設ける場合には、回路素子４３を基板側接合部６９側に近づける（実施形態２を参照）とともにマイクチップ４２をボンディング用パッド４８側に近づけてボンディングワイヤ５０を短くし、音響孔５３を基板側接合部６９やボンディング用パッド４８から遠い側に配置してもよい。
【００７１】
上記各実施形態では、マイクチップ４２をボンディングワイヤ５０で接続し、回路素子４３をバンプ７０で接続するようにしたが、これとは反対に回路素子４３をボンディングワイヤで接続し、マイクチップ４２をバンプで接続するようにしてもよい。しかし、マイクチップ４２をバンプ７０で接続すると、バンプ７０間の隙間から音響振動が洩れるので、バンプ７０で接続するとともにバンプ７０の設けられている面を接着剤でマイクチップ４２をカバー４４や基板４５に接着させる必要がある。また、回路素子４３をボンディングワイヤで接続する場合には、回路素子４３の光ノイズ耐性が低くなる。よって、マイクロフォンの場合には、上記のようにマイクチップ４２をボンディングワイヤで接続し、回路素子４３をバンプで接続することが望ましい。
【００７２】
さらに、本発明は、センサとしてマイクチップ以外のものを用いた半導体装置にも適用することができる。センサとしてマイクチップ以外のものを用いた半導体装置の場合には、センサと回路素子のうちいずれをボンディングワイヤで接続し、いずれをバンプで接続してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
４１、８１−８３、８７、８８ マイクロフォン
４２ マイクチップ
４３ 回路素子
４４ カバー
４５ 基板
４６ 凹部
４８ ボンディング用パッド
４９ カバー側接合部
５０ ボンディングワイヤ
６１ バンプ接合パッド
６４ パターン配線
６５ 導電性材料
６６ 導電性材料
６９ 基板側接合部
７０ バンプ
８４ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及びマイクロフォンに関し、具体的には、半導体素子をパッケージ内に納めた半導体装置に関するものである。また、マイクチップ（音響センサ）をパッケージ内に納めたマイクロフォンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、特に携帯用機器では機器の小型化が求められており、そのためには小さな回路基板に部品を高密度実装する必要がある。そして、部品の高密度実装を可能にするためには、部品の実装時占有面積（以下、実装面積という。）を小さくすることが要求される。しかし、ＭＥＭＳマイクロフォンの場合、マイクチップと回路素子がパッケージ内に実装されており、従来のマイクロフォンではマイクチップと回路素子はパッケージの基板あるいはカバーの同一面上に並べて設置されている。そのため、マイクロフォンの実装面積を小さくする上での制約があり、実装面積を小さくすることが困難であった。
【０００３】
たとえば、特許文献１に記載されたマイクロフォンでは、カバーの天面に回路素子とマイクチップを並べて実装し、カバー内面の側壁に配線パターンを設けている。そして、マイクチップと回路素子をボンディングワイヤでつなぎ、カバーの天面に位置する配線パターンの端部と回路素子とをボンディングワイヤでつなぎ、カバーを基板に重ね合わせることによって配線パターンの他端を基板に接続している。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたマイクロフォンでは、カバーの内面に回路素子とマイクチップを実装して回路素子とマイクチップをボンディングワイヤでつなぎ、回路素子とマイクチップをボンディングワイヤによってカバー内面の電極パッドに接続し、カバーの側壁部（サイド基板）の内部に設けたスルーホールとコイルスプリングを介してカバーの電極パッドを基板に接続している。
【０００５】
これら特許文献１又は２のような構造では、回路素子とマイクチップを並べて配置しているので、マイクロフォンの平面積が大きくなり、マイクロフォンを回路基板などに実装するときの実装面積が大きくなる。
【０００６】
また、従来のマイクロフォンとしては、パッケージを構成する基板とカバーのうち、基板の上面に回路素子を実装し、カバーの天面にマイクチップを実装したものもある。このような構造のマイクロフォンとしては、特許文献３に開示されたものや特許文献４に開示されたものがある。
【０００７】
特許文献３に記載されたマイクロフォンでは、基板の上面に回路素子とシールド用メタルを並べて配置し、シールド用メタルの直上に位置するようにしてカバーの天面にマイクチップを配置している。そのため、マイクロフォンを垂直上方から見たとき、マイクチップと回路素子は重なり合っていない。このように特許文献３のマイクロフォンでは、回路素子とマイクチップを上下に配置しているものの、実装面積を小さくすることを目的としておらず、また実装面積を小さくするような構造にはなっていない。
【０００８】
また、回路素子とマイクチップをパッケージの内部で接続する必要があるが、回路素子を基板に実装し、マイクチップをカバーに実装した場合には、その接続方法が問題となる。たとえば、基板に実装された回路素子とカバーに実装されたマイクチップとをボンディングワイヤでつないだ後、基板にカバーを重ね合わせたのでは、ボンディングワイヤの弛みによって回路が短絡するおそれがある。しかし、特許文献３には、回路素子とマイクチップを接続するための配線方法については開示されていない。
【０００９】
特許文献４に記載されたマイクロフォン１１を図１に示す。このマイクロフォン１１では、基板１２の上面にパッド１３を設け、回路素子１４の下面に設けたバンプ１５をパッド１３に接合して回路素子１４を基板１２に実装している。カバー１６の下面にはパッド１７を設け、マイクチップ１８の上面に設けたバンプ１９をパッド１７に接合してマイクチップ１８をカバー１６に実装している。さらに、基板１２のパッド１３とカバー１６のパッド１７とは、基板１２、側壁２０及びカバー１６の内面に設けた各接続用配線２１、２２及び２３によって電気的に接続されている。
【００１０】
このような構造によれば、マイクチップ１８と回路素子１４を上下に配置してマイクロフォン１１の平面積を小さくできる可能性がある。その一方、回路素子１４とマイクチップ１８を、基板１２、側壁２０及びカバー１６を通って配線された接続用配線２１−２３で接続しているので配線長が長くなる。そのため、接続用配線２１−２３と基板１２、側壁２０及びカバー１６との間での寄生容量が大きくなり、マイクロフォン１１の感度低下を引き起こす問題がある。
【００１１】
特許文献５に記載されたマイクロフォン３１を図２に示す。このマイクロフォン３１では、基板３２の上面に回路素子３３を実装し、天板３４の下面にマイクチップ３５を実装している。そして、基板３２と天板３４の間に立てた結合部材３６によって基板３２の配線と天板３４の配線を接続し、基板３２及び天板３４の各配線と結合部材３６によって回路素子３３とマイクチップ３５を接続している。さらに、回路素子３３やマイクチップ３５、結合部材３６、天板３４などは基板３２の上に被せたカバー３７で覆われる。
【００１２】
このマイクロフォン３１によっても、マイクロフォン３１の小型化が可能になる。しかし、このような構造では、天板３４や結合部材３６などの余分な部材が必要になり、マイクロフォン３１のコストが高くつく。また、基板３２やカバー３７との間の寄生容量だけでなく、天板３４や結合部材３６との間の寄生容量も加わるので、マイクロフォン３１の感度低下が引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２８３９８８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／００５８８２６号明細書
【特許文献３】米国特許第７１６６９１０号明細書（図９、図１０）
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１１／００７５８７５号明細書（図４）
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／０２９０６４４号明細書（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、マイクチップその他の半導体素子と回路素子を縦積みにした半導体装置において、半導体素子と回路素子を結ぶ接続用配線における寄生抵抗を小さくでき、さらに接続用配線どうしの短絡が発生しにくい半導体装置及びマイクロフォンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、第１の部材及び第２の部材からなり、内部に空間を形成されたパッケージと、前記パッケージ内に納められたセンサと回路素子を備えた半導体装置であって、前記第１の部材の、前記第２の部材との接合部分に第１の接合用パッドを設け、前記第２の部材に、バンプを接続させるためのバンプ接合パッドを設けるとともに、前記第２の部材の、前記第１の部材との接合部分に前記バンプ接合パッドと導通した第２の接合用パッドを設け、前記センサと前記回路素子のうちいずれか一方の素子を前記第１の部材に実装し、当該一方の素子と前記第１の接合用パッドとをワイヤ配線によって接続し、前記センサと前記回路素子のうちいずれか他方の素子にバンプを設け、当該バンプを前記バンプ接合パッドに接続して当該他方の素子を前記第２の部材に実装し、前記センサと前記回路素子とを、前記パッケージの底面に垂直な方向から見たとき少なくとも一部が重なり合うように配置し、前記第１の部材と前記第２の部材を接合してパッケージを形成するとともに、前記第１の接合用パッドと前記第２の接合用パッドを導電性材料で接合させたものである。
【００１６】
この半導体装置は、前記センサとしてマイクチップを用い、前記第１の部材と第２の部材のうちいずれか一方の部材に音響孔を開口した場合には、音響振動を感知するマイクロフォンとなる。また、前記バンプとしては、半田バンプ、Ａｕバンプ、その他の導電性材料からなるバンプ又は異方性導電性材料からなるバンプなどを用いることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、センサと回路素子をパッケージ内に納め、パッケージの底面に垂直な方向から見たとき少なくとも一部が重なり合うようにセンサと回路素子を上下に配置しているので、半導体装置のパッケージの平面積を小さくでき、半導体装置の実装面積を小さくできる。さらに、本発明の半導体装置では、第２の部材でワイヤ配線を用いていないので、半導体装置の低背化を測ることができる。
【００１８】
また、本発明の半導体装置では、センサと回路素子のうち一方の素子を第１の部材に実装してワイヤ配線したものと、他方の素子を第２の部材にバンプ接続して第２の部材に実装したものとを導電性材料で接合させることにより、センサと回路素子を接続できるので、簡単な配線構造と簡単な組立方法によってセンサと回路素子を接続できる。
【００１９】
また、一方の素子をワイヤ配線し、他方の素子をバンプ接続しているので、ワイヤ配線どうしの接触が起こりにくく、半導体装置の歩留まりが向上する。しかも、一方の素子は第１の部材とワイヤ配線で接続されているので、センサと回路素子の間の配線長を短くでき、その配線部分とパッケージとの間の寄生容量を小さくできる。このように本発明の半導体装置によれば、ワイヤ配線とバンプ接続を併用することでパッケージによる寄生容量の抑制と配線部分の短絡防止とをバランスよく行える。
【００２０】
本発明にかかる半導体装置のある実施態様では、前記一方の素子が前記センサであり、前記他方の素子が前記回路素子である。かかる実施態様では、回路素子がバンプによって第２の部材に接続されており、回路素子は第２の部材にフリップ実装される。よって、回路素子は回路形成面（バンプを設けられた面）が第２の部材に向き合うようにフェースダウンで実装され、パッケージ内に入射した光が回路素子の回路面に照射しにくくなる。その結果、回路素子ないし半導体装置の光ノイズ耐性が向上する。さらに、光ノイズに対する対策のために回路素子を遮光樹脂で覆う必要がないので、半導体装置の低背化を図ることができるとともに、コストを低減することができる。
【００２１】
本発明に係る半導体装置の別な実施態様は、前記第２の部材において、前記第２の接合用パッドを前記他方の素子から見て一方向に配置し、前記他方の素子を前記第２の部材の中心よりも前記第２の接合用パッドに近い位置に配置したことを特徴としている。かかる実施態様によれば、バンプ接合パッドと第２の接合用パッドとの距離を短くできるので、パッケージとの間の寄生容量を小さくでき、センサ感度を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記第１の部材は複数の前記第１の接合用パッドを有し、前記一方の素子と前記第１の接合用パッドとが複数本のワイヤ配線によって接続され、前記他方の素子の幅が前記ワイヤ配線間の間隔よりも短くて、前記他方の素子が前記ワイヤ配線間の隙間に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、バンプ接合パッドと第２の接合用パッドとの距離をぎりぎりまで短くできるので、パッケージとの間の寄生容量を小さくでき、センサ感度を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記バンプ接合パッドと前記第２の接合用パッドとは、前記第２の部材に設けた導体配線によって接続されている。かかる実施態様によれば、第２の部材の配線がワイヤ配線のようにパッケージ内の空間へ張り出すことがなく、第１の部材のワイヤ配線と接触するおそれがない。
【００２４】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記第１の部材の、前記第２の部材と向き合う部分に設けたボンディング用パッドと当該ボンディング用パッドと導通した接合部とによって第１の接合用パッドを構成し、前記ワイヤ配線を前記ボンディング用パッドに接続するとともに前記接合部を前記導電性材料によって前記第２の接合用パッドに接合させたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、第１の接合用パッドをワイヤ配線接続のための領域（ボンディング用パッド）と第２の接合用パッドに接合するための領域（接合部）とに区分でき、半導体装置の組立が容易になる。特に、前記ボンディング用パッドと前記接合部とを連続した金属膜によって形成し、前記金属膜の表面を部分的に絶縁膜で覆うことによって前記ボンディング用パッドと前記第１接合部に区分すれば、接合部を接合させるための導電性材料がボンディング用パッドへ広がりにくくなる。
【００２５】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記センサが、前記回路素子の垂直上方又は垂直下方に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、半導体装置の実装面積を非常に小さくできる。
【００２６】
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記第１の部材がパッケージのカバーで、前記第２の部材がパッケージの基板であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、基板側でバンプ接続し、カバー側でワイヤ配線により接続することになるので、半導体装置の構造を簡略にできる。
【００２７】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】特許文献４に記載されたマイクロフォンの断面図である。
【図２】特許文献５に記載されたマイクロフォンの断面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の実施形態１における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態１におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施形態１における基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態１におけるカバーの下面図である。
【図５】（Ａ）は、ソルダーレジストを除去した本発明の実施形態１の基板の平面図である。（Ｂ）は、ソルダーレジストを除去した本発明の実施形態１のカバーの下面図である。
【図６】本発明の実施形態１のマイクロフォンの断面図であって、図３のＸ１−Ｘ１線に相当する箇所における断面を表している。
【図７】（Ａ）は、本発明の実施形態２における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態２におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図８】本発明の実施形態２によるマイクロフォンの断面図であって、図７のＸ２−Ｘ２線に相当する箇所における断面を表している。
【図９】（Ａ）は、本発明の実施形態２の変形例における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態２の変形例におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図１０】本発明の実施形態２の変形例によるマイクロフォンの断面図であって、図９のＸ３−Ｘ３線に相当する箇所における断面を表している。
【図１１】（Ａ）は、本発明の実施形態３における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、実施形態３におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図１２】実施形態３のマイクロフォンの断面図であって、図１１のＸ４−Ｘ４線に相当する箇所における断面を表している。
【図１３】（Ａ）は、本発明の実施形態４における回路素子を実装した基板の平面図である。（Ｂ）は、実施形態４におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。
【図１４】実施形態４のマイクロフォンの断面図であって、図１３のＸ５−Ｘ５線に相当する箇所における断面を表している。
【図１５】本発明の実施形態５によるマイクロフォンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３０】
（実施形態１）
図３−図６を参照して本発明の実施形態１によるトップポート型のマイクロフォン４１を説明する。マイクロフォン４１は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳマイクロフォンであって、カバー４４（第１の部材）と基板４５（第２の部材）からなるパッケージ内にマイクチップ４２（センサ）と回路素子４３を納めたものである。また、実施形態１のマイクロフォン４１は、カバー４４に音響孔５３を開口されていてトップポート型となっている。図３（Ａ）は回路素子４３を実装した基板４５の平面図であり、図３（Ｂ）はマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。図４（Ａ）は回路素子４３を実装する前の基板４５の平面図であり、図４（Ｂ）はマイクチップ４２を実装する前のカバー４４の下面図である。図５（Ａ）はソルダーレジスト７２を除去した基板４５の平面図であり、図５（Ｂ）はソルダーレジスト５２を除去したカバー４４の下面図である。また、図６は、図３のＸ１−Ｘ１線に相当する箇所におけるマイクロフォン４１の断面図である。
【００３１】
図６に示すように、カバー４４は、内部に１層の金属箔（導電層４７）を有し、下面に１層の金属箔（ボンディング用パッド４８、カバー側接合部４９（接合部）、グランド接合部５１となる層）を有する多層配線基板、銅貼り積層板、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、プラスチック基板、金属基板、カーボンナノチューブの基板、あるいはこれらの複合基板からなる。あるいは、表面に金属箔を貼られた２枚のガラスエポキシ基板や銅張り積層板などを重ね合わせて一体化したものでもよい。カバー４４の金属箔以外の部分は、絶縁性材料５７となっている。また、セラミックやプラスチックによってカバー４４を形成し、その内部に１層の金属板（導電層４７）を埋め込み、表面に１層の金属板（ボンディング用パッド４８、カバー側接合部４９、グランド接合部５１となる層）を貼り付けてもよい。
【００３２】
カバー４４の下面中央部には、マイクチップ４２を納めるための箱状をした凹部４６を備えている。凹部４６の天面には、一番上に位置する金属箔すなわち導電層４７が露出しており、導電層４７の外周部はカバー４４内に水平に挟み込まれている。カバー４４の下面に位置する金属箔は、図５（Ｂ）に示すように、第１の接合用パッドとそれ以外の部分に分離されている。第１の接合用パッドはボンディング用パッド４８とカバー側接合部４９からなり、第１の接合用パッド以外の部分はグランド接合部５１となっている。凹部４６の内周壁面には、図６に示すように、導電層４７及びグランド接合部５１に導通するようにして導電層５６が形成されており、導電層４７、５６及びグランド接合部５１によって電磁シールド部（接地部）が構成されている。
【００３３】
図４（Ｂ）に示すように、凹部４６の外周部すなわちカバー４４の下面はソルダーレジスト５２によって覆われており、カバー４４の下面にはソルダーレジスト５２から露出するようにしてボンディング用パッド４８とカバー側接合部４９が別個に配置されている。また、グランド接合部５１の外周部もソルダーレジスト５２から露出している。
【００３４】
グランド接合部５１、ボンディング用パッド４８及びカバー側接合部４９は１層の金属箔であるが、図５（Ｂ）に示すように、ボンディング用パッド４８及びカバー側接合部４９の周囲はグランド接合部５１から分離されており、各ボンディング用パッド４８及びカバー側接合部４９はグランド接合部５１と電気的に絶縁されている。一方、第１の接合用パッドであるボンディング用パッド４８とカバー側接合部４９は、ソルダーレジスト５２の下で互いにつながっていて電気的に導通している。なお、図５（Ｂ）においてハッチングを施した箇所は、金属膜が除去されていてカバー４４の絶縁性材料５７が露出している部分である。
【００３５】
マイクチップ４２はＭＥＭＳ素子（音響センサ）であり、例えばＳｉ基板の開口部に音響振動感知用の薄膜のダイアフラムを設け、ダイアフラムに対向させて天蓋状をしたバックプレートをＳｉ基板に固定したものである。そして、バックプレートに設けた固定電極膜とダイアフラム（いずれもポリシリコンからなる。）によって検知信号出力用のキャパシタが構成され、バックプレートには固定電極膜とダイアフラムの間のエアギャップに音響振動を導くための多数のアコースティックホールが開口されている。
【００３６】
図６に示すように、マイクチップ４２は、凹部４６内に納められ、接着剤によってその裏面を凹部４６の天面（導電層４７）に固定されている。また、マイクチップ４２は、カバー４４にあけられた音響孔５３に合わせて設置され、音響孔５３を覆っている。よって、マイクチップ４２は、Ｓｉ基板の開口部と音響孔５３がフロントチャンバとなり、パッケージ内の空間がバックチャンバとなるので、広いバックチャンバ容積を持つことができ、マイクチップ４２を高感度化させることができる。図３（Ｂ）及び図６に示すように、マイクチップ４２の表面に設けた端子５４は、ボンディングワイヤ５０（ワイヤ配線）によってボンディング用パッド４８に接続されている。
【００３７】
図６に示すように、基板４５は多層配線基板、銅貼り積層板、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、プラスチック基板、金属基板、カーボンナノチューブの基板、あるいはこれらの複合基板からなる。図５（Ａ）に示すように、基板４５のほぼ全体に電磁シールド用の導電層６７が形成されている。
【００３８】
図４（Ａ）に示すように、基板４５の上面のうち回路素子実装領域と外周部を除く領域はソルダーレジスト７２によって覆われており、基板４５の上面にはソルダーレジスト７２から露出するようにしてバンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２、６３、基板側接合部６９（第２の接合用パッド）がそれぞれ複数個設けられている。また、ソルダーレジスト７２から露出している導電層６７の外周部は、グランド接合部７１となっている。ここで、バンプ接合パッド６１とバンプ用パッド６２、６３は回路素子４３をバンプ接合するためのパッドである。さらに、バンプ接合パッド６１は回路素子４３をマイクチップ４２に接続するためのパッドであり、バンプ用パッド６２は回路素子４３を下面の信号入出力端子７７に接続するためのパッドであり、バンプ用パッド６３はグランド接続用のパッドである。
【００３９】
導電層６７、バンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２、６３及び基板側接合部６９は金属膜である。図５（Ａ）に示すように、バンプ接合パッド６１と基板側接合部６９は、ソルダーレジスト７２の下でパターン配線６４（導体配線）によってつながれていて電気的に導通している。バンプ接合パッド６１、パターン配線６４及び基板側接合部６９の周囲と、バンプ用パッド６２の周囲はそれぞれ導電層６７から分離されており、バンプ接合パッド６１、パターン配線６４、基板側接合部６９及びバンプ用パッド６２はそれぞれ導電層６７と電気的に絶縁されている。また、バンプ用パッド６３は導電層６７の一部であって、導電層６７（グランド接合部７１）に導通している。なお、図５（Ａ）においてハッチングを施した箇所は、金属膜が除去されていて基板４５の絶縁性材料５８が露出している部分である。
【００４０】
回路素子４３は、ＡＳＩＣやＩＣチップ等の素子である。回路素子４３は、その上面に電気回路（図示せず）とバンプ７０を形成されている。バンプ７０は、半田バンプ、Ａｕバンプ、その他の導電性材料からなるバンプ、異方性導電材料（たとえばＡＧＦ、導電性テープなど）からなるバンプで構成される。回路素子４３は、図３（Ａ）及び図６に示すように、その上面を下に向けた状態（フェースダウン）で基板４５の上に置かれ、各バンプ７０を基板４５のバンプ接合パッド６１及びバンプ用パッド６２、６３にバンプ接続することによりフリップチップ実装される。
【００４１】
基板４５の下面にはグランド端子７５が設けられており、グランド端子７５はバイアホール７６を通じて導電層６７につながっている。したがって、バンプ用パッド６３に接続された回路素子４３のバンプ７０は、バイアホール７６を通じてグランド端子７５に導通している。また、基板４５の下面には信号入出力用の信号入出力端子７７が設けられており、信号入出力端子７７はバイアホール７８を通じてバンプ用パッド６２につながっている。したがって、バンプ用パッド６２に接続された回路素子４３のバンプ７０は、バイアホール７８を通じて信号入出力端子７７に導通している。また、バンプ接合パッド６１に接続された回路素子４３のバンプ７０は、パターン配線６４を通じて基板側接合部６９に導通している。
【００４２】
カバー４４は、図６に示すように、凹部４６を下方に向けた状態で基板４５の上面に重ねられ、導電性材料６５によって対向するカバー側接合部４９と基板側接合部６９が接合される。導電性材料６５としては、導電性接着剤やハンダ、導電性両面粘着テープ、溶接用のろう材のいずれか一つを用いてもよく、あるいはこれらのうちの複数の材料を併用してもよい。また、グランド接合部５１の外周領域と基板４５の上面外周部に設けたグランド接合部７１とは、導電性材料６６によって全周にわたって接合される。導電性材料６６としては、導電性接着剤やハンダ、導電性両面粘着テープ、溶接用のろう材のいずれか一つを用いてもよく、あるいはこれらのうちの複数の材料を併用してもよい。カバー４４と基板４５を貼り合わせるために、さらに非導電性樹脂や非導電テープを併用してもよい。
【００４３】
この結果、マイクチップ４２及び回路素子４３は、カバー４４及び基板４５からなるパッケージ内に気密的に密封される。また、カバー４４の導電層４７、５６及びグランド接合部５１は、グランド接合部５１とグランド接合部７１を導電性材料６６で接合させることによって基板４５の導電層６７と電気的に導通するので、グランド端子７５を回路基板などのアースラインに接続することによって導電層４７、５６、６７及びグランド接合部５１がグランド電位に保持され、マイクロフォン４１が外部の電磁ノイズから遮蔽される。
【００４４】
カバー側接合部４９と基板側接合部６９は、導電性材料６５を介して接合されているので、マイクチップ４２は、ボンディングワイヤ５０→ボンディング用パッド４８→カバー側接合部４９→導電性材料６５→基板側接合部６９→パターン配線６４→バンプ接合パッド６１という経路を経て、回路素子４３に接続される。
【００４５】
このような構造のマイクロフォン４１では、カバー４４にマイクチップ４２を実装し、基板４５に回路素子４３を実装し、回路素子４３の直上に重ね合わせるようにしてマイクチップ４２を配置しているので、パッケージも底面積の小さなものを用いることが可能になる。その結果、実装面積のきわめて小さなマイクロフォン４１を作製することができる。
【００４６】
このマイクロフォン４１では、カバー４４の下面に設けたボンディング用パッド４８にマイクチップ４２からのボンディングワイヤ５０を接続しておき、基板４５の上面に回路素子４３をバンプ接続しておき、カバー４４を基板４５に接合させる際にカバー側接合部４９と基板側接合部６９を導電性材料６５で接合させることにより、マイクチップ４２と回路素子４３を電気的に接続している。また、このマイクロフォン４１によれば、ボンディング用パッド４８が上になるようにカバー４４をひっくり返せば、ボンディング用パッド４８がカバー４４の表面に位置するので、ワイヤーボンダーを用いて容易にボンディング用パッド４８やマイクチップ４２の端子５４にボンディングワイヤ５０を接続することができる。同様に、回路素子４３も容易にバンプ接合パッド６１やバンプ用パッド６２、６３にバンプ接続することができる。したがって、マイクロフォン４１にあっては、簡単な配線構造と簡単な組立方法によってカバー４４上のマイクチップ４２と基板４５上の回路素子４３を電気的に接続させることができる。
【００４７】
本発明の出願人は、マイクチップと回路素子をカバーと基板に実装してマイクチップと回路素子を上下に配置し、それによってマイクロフォンの実装面積を小さくしたものを特願２０１０−１２５５２７として先に特許出願している。この先の特許出願のマイクロフォンでは、マイクチップとカバーをボンディングワイヤで接続し、また回路素子と基板をボンディングワイヤで接続し、カバーと基板の接続部分において２本のボンディングワイヤを直列につないでマイクチップの端子と回路素子の端子とを接続している。このような構造によれば、マイクチップと回路素子を結ぶ配線長を短くできるので、カバーや基板による寄生容量を最小限に抑えることができる。しかし、その一方で、用いるボンディングワイヤの本数が多くなるので、ボンディングワイヤどうしが干渉しやすくなる。その結果、隣接する端子のボンディングワイヤどうしが接触して短絡事故が発生するおそれがある。また、マイクチップ側のボンディングワイヤと回路素子側のボンディングワイヤが接触すると、マイクチップと回路素子の間の配線部分のインピーダンスが低下するおそれがある。
【００４８】
これに対し、本発明の実施形態１のマイクロフォン４１では、マイクチップ４２とカバー４４はボンディングワイヤ５０で接続しているが、回路素子４３と基板４５はバンプ接続しているので、マイクチップ４２側のボンディングワイヤ５０どうしが接触して短絡事故を起こしにくくなる。また、マイクチップ４２側の配線（ボンディングワイヤ５０）と回路素子４３側の配線（バンプ接合パッド６１やパターン配線６４、基板側接合部６９など）とが接触する恐れもなくなる。その結果、マイクロフォン４１の歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
また、マイクチップ４２とカバー４４の間はボンディングワイヤ５０で接続していて、マイクチップ４２と回路素子４３の間の配線長を短くできるので、その配線部分とパッケージとの間の寄生容量を小さくでき、マイクロフォン４１の感度低下を抑えることができる。
【００５０】
さらに、本発明の実施形態１のマイクロフォン４１では、回路素子４３は回路を形成された面を基板４５に対向させてフリップチップ実装しているので、音響孔５３からパッケージ内に入射した光がマイクチップ４２を透過しても回路素子４３の回路に照射するおそれがない。そのため、マイクロフォン４１の光ノイズ耐性が向上する。
【００５１】
本発明の実施形態１のマイクロフォン４１では、マイクチップ４２とカバー４４をボンディングワイヤ５０で接続し、回路素子４３と基板４５をバンプ接続していて短絡が起こりにくいので、マイクロフォン４１の低背化を測ることができる。また、回路素子４３の回路面に光が照射されにくい構造となっているので、光ノイズに対する対策のために回路素子４３を黒色樹脂などの遮光樹脂で覆う必要がない。そのため、さらにマイクロフォン４１の低背化を図ることができるとともに、コストを低減するうえでも有利になる。
【００５２】
（実施形態２）
図７及び図８は、本発明の実施形態２によるトップポート型のマイクロフォン８１を説明する図である。図８は、本発明の実施形態２によるマイクロフォン８１の断面図であって、図７のＸ２−Ｘ２線に相当する箇所における断面を表している。図７（Ａ）は、マイクロフォン８１における回路素子４３を実装した基板４５の平面図である。図７（Ｂ）は、マイクロフォン８１におけるマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。
【００５３】
実施形態１のマイクロフォン４１では、回路素子４３は凹部４６内の中央に配置されていた。これに対し、実施形態２のマイクロフォン８１では、基板側接合部６９が基板４５の一方の縁に沿って配列されており、回路素子４３は、ボンディングワイヤ５０と干渉しない限度で、凹部４６の中央よりも基板側接合部６９に近い位置に配置されている。
【００５４】
このような配置によれば、基板４５のバンプ接合パッド６１を基板側接合部６９に近づけてパターン配線６４の長さを短くできる。その結果、マイクチップ４２と回路素子４３を結ぶ配線の長さをさらに短くできるので、実施形態１のマイクロフォン４１の作用効果に加え、カバー４４や基板４５による寄生容量をさらに低減させてマイクロフォン８１の感度を向上させることができるという利点がある。
【００５５】
（実施形態２の変形例）
図９及び図１０は、本発明の実施形態２の変形例によるトップポート型のマイクロフォン８２を説明する図である。図１０は、本発明の実施形態２の変形例によるマイクロフォン８２の断面図であって、図９のＸ３−Ｘ３線に相当する箇所における断面を表している。図９（Ａ）は、マイクロフォン８２における回路素子４３を実装した基板４５の平面図である。図９（Ｂ）は、マイクロフォン８２におけるマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。
【００５６】
このマイクロフォン８２では、図９（Ｂ）に示すように、回路素子４３の長さＬが端子５４間の距離及びボンディング用パッド４８間の距離よりも短くなっている。この場合には、図１０及び図９（Ｂ）に示すように、ボンディングワイヤ５０と干渉しないようにして回路素子４３をボンディングワイヤ５０間に配置することができるので、回路素子４３をさらに基板側接合部６９に近づけて配置することが可能になる。その結果、マイクチップ４２と回路素子４３を結ぶ配線の長さをさらに短くでき、カバー４４や基板４５による寄生容量をさらに低減させてマイクロフォン８２の感度をより一層向上させることができる。
【００５７】
（実施形態３）
つぎに、本発明の実施形態３によるトップポート型のマイクロフォン８３を説明する。図１１（Ａ）は回路素子４３を実装した基板４５の平面図であり、図１１（Ｂ）はマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。図１２は、図１１のＸ４−Ｘ４線に相当する箇所におけるマイクロフォン８３の断面図である。
【００５８】
実施形態３のマイクロフォン８３は、凹部８４を有する基板４５を用いている。マイクチップ４２を実装したカバー４４は、図１１（Ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同じ構造を有している。
【００５９】
基板４５については、図１１（Ａ）に示すように、凹部８４の底面に導電層８５が設けられており、凹部８４の内壁面全周には導電層８６が設けられている。凹部８４の底面の導電層８５は内壁面の導電層８６を通じて上面の導電層６７（グランド接合部７１）と導通しており、これら導電層８５、８６、６７によって電磁シールド部が構成されている。そして、図１１（Ａ）に示すように、基板４５の上面をソルダーレジスト７２で額縁状に覆い、導電層６７の外周部をソルダーレジスト７２から露出させてグランド接合部７１を形成するとともに、凹部８４内に回路素子４３を実装するための領域を形成している。
【００６０】
凹部８４の底面では、導電層８５と絶縁され、かつ、互いに絶縁されたバンプ接合パッド６１及びバンプ用パッド６２が設けられている。また、凹部８４の底面には導電層８５と導通したバンプ用パッド６３が設けられている（実施形態１の図５（Ａ）を参照）。基板４５の上面（凹部８４の外側の領域の上面）には金属膜が設けられており、この金属膜を部分的に除去することにより、互いに絶縁された状態で基板側接合部６９と導電層６７が形成されている。基板側接合部６９はソルダーレジスト７２から露出している。凹部８４の底面から内壁面を通って基板４５の上面までパターン配線６４が形成されており、当該パターン配線６４は導電層８５、８６、６７とは絶縁されている。バンプ接合パッド６１と基板側接合部６９とは、パターン配線６４を通じて接続されている。また、バンプ用パッド６２は基板下面の信号入出力端子７７と導通している。
【００６１】
カバー４４と基板４５を重ね合わせたマイクロフォン８３では、図１２に示すように、基板４５の上面で導電性材料６６によってグランド接合部５１とグランド接合部７１が接合される。また、基板４５の上面で導電性材料６６によってカバー側接合部４９と基板側接合部６９が接合され、ボンディングワイヤ５０とパターン配線６４を介してマイクチップ４２と回路素子４３が接続される。
【００６２】
このようなマイクロフォン８３も、実施形態１の場合と同様に、(1）実装面積を小さくできる、(2)組立を簡単に行える、(3)ワイヤ配線とバンプ接続を併用することでパッケージによる寄生容量の抑制と配線部分の短絡防止とをバランスよく行える、(4)回路素子をフリップチップ実装することで光ノイズ耐性が向上する、(5)回路素子を覆う遮光樹脂が不要になりマイクロフォンの低背化とコスト削減を図れる、といった利点がある。
【００６３】
（実施形態４）
つぎに、本発明の実施形態４によるマイクロフォン８７を説明する。図１３（Ａ）は回路素子４３を実装した基板４５の平面図であり、図１３（Ｂ）はマイクチップ４２を実装したカバー４４の下面図である。図１４は、図１３のＸ５−Ｘ５線に相当する箇所におけるマイクロフォン８７の断面図である。
【００６４】
このマイクロフォン８７では、図１３（Ｂ）に示すように、カバー４４に実装されたマイクチップ４２の端子５４にボンディングワイヤ５０の一端を接続し、ボンディングワイヤ５０の他端をカバー４４のボンディング用パッド４８に接続している。また、回路素子４３のバンプ７０をバンプ接合パッド６１やバンプ用パッド６２、６３に接続し、パターン配線６４によってバンプ接合パッド６１を基板側接合部６９に導通させている。そして、図１４に示すように、カバー４４のボンディング用パッド４８と基板４５の基板側接合部６９を導電性材料６５によって接合し、それによってマイクチップ４２と回路素子４３を接続している。実施形態４では、カバー４４にカバー側接合部４９は設けられておらず、ボンディング用パッド４８のみによって第１の接合用パッドが構成されている。
【００６５】
（実施形態５）
図１５に示すものは実施形態５によるマイクロフォン８８である。このマイクロフォン８８は、カバー４４（第２の部材）の下面に回路素子４３を実装し、基板４５（第１の部材）の上面にマイクチップ４２を実装したものである。図２２では、音響孔５３を基板４５に設けてボトムポート型となっているが、音響孔５３をカバー４４に設けてトップポート型としていてもよい。
【００６６】
マイクロフォン８８では、基板４５に基板側接合部６９と導通したボンディング用パッド４８を設けてあり、基板側接合部６９とボンディング用パッド４８によって第１の接合用パッドが構成されている。マイクチップ４２に接続したボンディングワイヤ５０の他端は、ボンディング用パッド４８に接続されている。
【００６７】
また、カバー４４の凹部４６内にバンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２及びバンプ用パッド６３を設け、回路素子４３のバンプ７０をそれぞれ一対のバンプ接合パッド６１、バンプ用パッド６２及び６３に接続している。バンプ接合パッド６１は、パターン配線６４を通じてカバー側接合部４９（第２の接合用パッド）に導通している。よって、カバー側接合部４９と基板側接合部６９を導電性材料６５により接合させることによりマイクチップ４２と回路素子４３が接続される。バンプ用パッド６３は、導電層４７の一部であって、グランドに接続される。バンプ用パッド６２は、図１５には表れていないが、カバー４４と回路素子４３に設けられたパターン配線やバイアホールなどによって基板４５の下面の信号入出力端子７７に接続されている。
【００６８】
（その他）
本発明は、上記実施形態以外にも、特願２０１０−１２５５２７に記載された種々の実施形態に適用することができる。すなわち、特願２０１０−１２５５２７に記載されたマイクロフォンの各実施形態では、回路素子とマイクチップのいずれもがボンディングワイヤにより接続されていたが、いずれの実施形態においても回路素子をバンプ接続するようにしてもよい。たとえば、上記トップポート型のマイクロフォンでは、マイクチップ４２の位置でカバー４４に音響孔５３が開口されていたが、マイクチップ４２から外れた位置でカバー４４に音響孔５３を設けていてもよい（たとえば、特願２０１０−１２５５２７の図９−１１に記載されたマイクロフォン）。また、基板４５にマイクチップ４２を実装し、カバー４４に音響孔５３を開口したトップポート型のマイクロフォンでもよい。
【００６９】
また、上記ボトムポート型のマイクロフォンでは、マイクチップ４２の位置で基板４５に音響孔５３が開口されていたが、マイクチップ４２から外れた位置で基板４５に音響孔５３を設けていてもよい（たとえば、特願２０１０−１２５５２７の図３又は図６に記載されたマイクロフォン）。また、カバー４４にマイクチップ４２を実装し、基板４５に音響孔５３を開口したボトムポート型のマイクロフォンでもよい。
【００７０】
また、マイクチップ４２や回路素子４３から外れた位置に音響孔５３を設ける場合には、回路素子４３を基板側接合部６９側に近づける（実施形態２を参照）とともにマイクチップ４２をボンディング用パッド４８側に近づけてボンディングワイヤ５０を短くし、音響孔５３を基板側接合部６９やボンディング用パッド４８から遠い側に配置してもよい。
【００７１】
上記各実施形態では、マイクチップ４２をボンディングワイヤ５０で接続し、回路素子４３をバンプ７０で接続するようにしたが、これとは反対に回路素子４３をボンディングワイヤで接続し、マイクチップ４２をバンプで接続するようにしてもよい。しかし、マイクチップ４２をバンプ７０で接続すると、バンプ７０間の隙間から音響振動が洩れるので、バンプ７０で接続するとともにバンプ７０の設けられている面を接着剤でマイクチップ４２をカバー４４や基板４５に接着させる必要がある。また、回路素子４３をボンディングワイヤで接続する場合には、回路素子４３の光ノイズ耐性が低くなる。よって、マイクロフォンの場合には、上記のようにマイクチップ４２をボンディングワイヤで接続し、回路素子４３をバンプで接続することが望ましい。
【００７２】
さらに、本発明は、センサとしてマイクチップ以外のものを用いた半導体装置にも適用することができる。センサとしてマイクチップ以外のものを用いた半導体装置の場合には、センサと回路素子のうちいずれをボンディングワイヤで接続し、いずれをバンプで接続してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
４１、８１−８３、８７、８８ マイクロフォン
４２ マイクチップ
４３ 回路素子
４４ カバー
４５ 基板
４６ 凹部
４８ ボンディング用パッド
４９ カバー側接合部
５０ ボンディングワイヤ
６１ バンプ接合パッド
６４ パターン配線
６５ 導電性材料
６６ 導電性材料
６９ 基板側接合部
７０ バンプ
８４ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材及び第２の部材からなり、内部に空間を形成されたパッケージと、
前記パッケージ内に納められたセンサと回路素子を備えた半導体装置であって、
前記第１の部材の、前記第２の部材との接合部分に第１の接合用パッドを設け、
前記第２の部材に、バンプを接続させるためのバンプ接合パッドを設けるとともに、前記第２の部材の、前記第１の部材との接合部分に前記バンプ接合パッドと導通した第２の接合用パッドを設け、
前記センサと前記回路素子のうちいずれか一方の素子を前記第１の部材に実装し、当該一方の素子と前記第１の接合用パッドとをワイヤ配線によって接続し、
前記センサと前記回路素子のうちいずれか他方の素子にバンプを設け、当該バンプを前記バンプ接合パッドに接続して当該他方の素子を前記第２の部材に実装し、
前記センサと前記回路素子とを、前記パッケージの底面に垂直な方向から見たとき少なくとも一部が重なり合うように配置し、
前記第１の部材と前記第２の部材を接合してパッケージを形成するとともに、前記第１の接合用パッドと前記第２の接合用パッドを導電性材料で接合させた半導体装置。
【請求項２】
前記一方の素子が前記センサであり、前記他方の素子が前記回路素子であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の部材において、前記第２の接合用パッドを前記他方の素子から見て一方向に配置し、前記他方の素子を前記第２の部材の中心よりも前記第２の接合用パッドに近い位置に配置したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の部材は複数の前記第１の接合用パッドを有し、前記一方の素子と前記第１の接合用パッドとが複数本のワイヤ配線によって接続され、
前記他方の素子の幅が前記ワイヤ配線間の間隔よりも短くて、前記他方の素子が前記ワイヤ配線間の隙間に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バンプ接合パッドと前記第２の接合用パッドとは、前記第２の部材に設けた導体配線によって接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の部材の、前記第２の部材と向き合う部分に設けたボンディング用パッドと当該ボンディング用パッドと導通した接合部とによって第１の接合用パッドを構成し、
前記ワイヤ配線を前記ボンディング用パッドに接続するとともに前記接合部を前記導電性材料によって前記第２の接合用パッドに接合させたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ボンディング用パッドと前記接合部とは連続した金属膜によって形成され、前記金属膜の表面を部分的に絶縁膜で覆うことによって前記ボンディング用パッドと前記第１接合部に区分されていることを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記センサが、前記回路素子の垂直上方又は垂直下方に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記バンプは、半田バンプ、Ａｕバンプ、その他の導電性材料からなるバンプ又は異方性導電性材料からなるバンプであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の部材がパッケージのカバーで、前記第２の部材がパッケージの基板であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１の半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用い、前記第１の部材と第２の部材のうちいずれか一方の部材に音響孔が開口された、マイクロフォン。
【請求項１】
第１の部材及び第２の部材からなり、内部に空間を形成されたパッケージと、
前記パッケージ内に納められたセンサと回路素子を備えた半導体装置であって、
前記第１の部材の、前記第２の部材との接合部分に第１の接合用パッドを設け、
前記第２の部材に、バンプを接続させるためのバンプ接合パッドを設けるとともに、前記第２の部材の、前記第１の部材との接合部分に前記バンプ接合パッドと導通した第２の接合用パッドを設け、
前記センサと前記回路素子のうちいずれか一方の素子を前記第１の部材に実装し、当該一方の素子と前記第１の接合用パッドとをワイヤ配線によって接続し、
前記センサと前記回路素子のうちいずれか他方の素子にバンプを設け、当該バンプを前記バンプ接合パッドに接続して当該他方の素子を前記第２の部材に実装し、
前記センサと前記回路素子とを、前記パッケージの底面に垂直な方向から見たとき少なくとも一部が重なり合うように配置し、
前記第１の部材と前記第２の部材を接合してパッケージを形成するとともに、前記第１の接合用パッドと前記第２の接合用パッドを導電性材料で接合させた半導体装置。
【請求項２】
前記一方の素子が前記センサであり、前記他方の素子が前記回路素子であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の部材において、前記第２の接合用パッドを前記他方の素子から見て一方向に配置し、前記他方の素子を前記第２の部材の中心よりも前記第２の接合用パッドに近い位置に配置したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の部材は複数の前記第１の接合用パッドを有し、前記一方の素子と前記第１の接合用パッドとが複数本のワイヤ配線によって接続され、
前記他方の素子の幅が前記ワイヤ配線間の間隔よりも短くて、前記他方の素子が前記ワイヤ配線間の隙間に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バンプ接合パッドと前記第２の接合用パッドとは、前記第２の部材に設けた導体配線によって接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の部材の、前記第２の部材と向き合う部分に設けたボンディング用パッドと当該ボンディング用パッドと導通した接合部とによって第１の接合用パッドを構成し、
前記ワイヤ配線を前記ボンディング用パッドに接続するとともに前記接合部を前記導電性材料によって前記第２の接合用パッドに接合させたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ボンディング用パッドと前記接合部とは連続した金属膜によって形成され、前記金属膜の表面を部分的に絶縁膜で覆うことによって前記ボンディング用パッドと前記第１接合部に区分されていることを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記センサが、前記回路素子の垂直上方又は垂直下方に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記バンプは、半田バンプ、Ａｕバンプ、その他の導電性材料からなるバンプ又は異方性導電性材料からなるバンプであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の部材がパッケージのカバーで、前記第２の部材がパッケージの基板であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１の半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用い、前記第１の部材と第２の部材のうちいずれか一方の部材に音響孔が開口された、マイクロフォン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−６６０２１（Ｐ２０１３−６６０２１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２９８１（Ｐ２０１１−２０２９８１）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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